采用CS1系列PLC实现粮库生产路径控制

1.引言

粮库的设备多，生产路径多，用一般PLC编制程序显得繁杂而累赘。PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。PLC = Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。欧姆龙近年推出的CS1 系列PLC却很好的解决了这一问题。为多任务多路径的生产场合提供了极为方便的设计方法，尤其是对粮库这样的生产场合更为适用。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

图 1

2. 硬件电路

哈拉海粮库共有24条大的生产路径，108条生产支线。最长最复杂的生产路径包含16条生产支线。从30多米的高空，到地面、地下，分散布置安装。硬件电路框图如图1所示。

3.程序设计

上位工控机用组态王制作界面，实现和PLC的通讯、生产路径启动停止控制、各种参数的设定和输入，还有24条生产路径的监控图及整个粮库的生产工艺流程监控图。PLC接收上位机的指令实现对生产设备的控制。程序框图如图2所示。

图2

4.多任务程序的实现

CS1G一改以往哪种书卷式的程序设计风格，提供了结构化的多任务的设计方法。这种方法编制程序结构清晰，且开发调试非常方便。

CS1G有专门的任务控制指令：“TASK ON”指令使指定的任务执行； “TASK OFF”指令使指定的任务暂停。在循环任务0中，根据工艺要求，对于可以同时运行的生产路径，在程序中采用独立的“TASK ON”指令； 对于禁止同时运行的生产路径，在程序中采用“TAST ON”指令和“TAST OFF”指令相结合的方法。比如，生产路径1和生产路径2可以同时起动，编程如图3。只要触点生产任务1、触点生产任务2闭合，就可调度生产路径1和生产路径2。即可同时调度，又可单独调度。又如生产路径3和生产路径4不能同时起动运行，编程如图4。调度生产路径3，就不能调度生产路径4；调度生产路径4，就不能调度生产路径3。

组态软件编制的操作界面中，对于象生产路径1和生产路径2可以同时运行的生产路径，在选择画面中采用复选按钮选择；对于象生产路径3和生产路径4禁止同时运行的生产路径，在选择画面中采用单选按钮选择。

　　可编程序控制器（PLC）的特点

　　为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：

　　1. 可靠性高，抗干扰能力强

　　工业生产对控制设备的可靠性要求：

　　①平均故障间隔时间长

　　②故障修复时间（平均修复时间）短

　　任何电子设备产生的故障，通常为两种：

　　①偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。

　　②永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。

　　如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

　　·硬件措施：

　　主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。

　　① 屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

　　② 滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

　　③ 电源调整与保护——对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

　　④ 隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。

　　⑤ 采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。

　　·软件措施：

　　有极强的自检及保护功能。

　　①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。

　　②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

　　③设置警戒时钟WDT（看门狗）——如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

　　④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。

　　⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。

　　PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1μS的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万～上千万小时；制成系统亦可达4～5万小时甚至更长时间。

　　2 。通用性强，控制程序可变，使用方便

　　PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

　　3.功能强，适应面广

　　现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

　　4.编程简单，容易掌握

　　目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。

　　PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。

　　5.减少了控制系统的设计及施工的工作量

　　由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

　　6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便

　　PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%，体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24～128点。

5.结束语

CS1系列PLC这种结构化的多任务编程和多任务的控制方法，PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，对于象粮库这样的多生产途径多分支控制的环境提供了非常好的设计和控制手段，实用效果很好。